클록 게이팅이란 무엇입니까?

클록 속도는 모두 CPU 성능에 중요합니다. 적어도 그것이 CPU를 설계하고 판매하는 회사의 마케팅 부서가 당신이 생각하기를 바라는 것입니다. 물론 다른 많은 요소가 있으며 모든 요소의 가중치는 사용 사례에 따라 다릅니다. 스레드가 적은 비디오 게임은 일반적으로 몇 개의 느린 코어로 백업되는 하나의 매우 빠른 코어에서 이점을 얻습니다. 렌더링 컴퓨터는 일반적으로 가능한 한 많은 코어를 사용하는 것이 유리하며 빠를수록 좋지만 코어가 많을수록 좋습니다. 모바일 환경에서는 성능도 중요하지만 특히 최고 성능이 필요하지 않은 경우 전력 효율성이 가장 중요합니다.

이러한 모든 시나리오에서 많은 요소가 성능에 영향을 미치지만 한 가지 변함없는 요소는 시계입니다. CPU에서 클록 신호는 일이 발생하는 시기를 결정합니다. 더 빠른 클럭 틱 속도는 주어진 시간에 더 많은 작업을 의미합니다. 이것은 훌륭하게 들립니다. 확실히 당신은 그것이 가능한 한 빨리 똑딱 거리기를 원할 것입니다, 그렇죠? 그렇게 빠르지 않습니다. 첫째, 시계의 모든 틱은 전력 펄스를 발생시킵니다. 이 힘은 어딘가에서 나와야 합니다. 또한 열을 발생시켜 발산해야 합니다. 둘째, 모든 것이 제대로 동기화된 상태를 유지하는 것이 실제로 정말 어렵고 시계가 빨라질수록 더 어려워집니다.

전원 및 열 관리

전력은 크게 두 가지 용도로 사용됩니다. 첫 번째는 전원이 켜진 시스템의 정전류입니다. 두 번째는 켜져 있는 시스템에서 발생하는 서지입니다. CPU에서 전력 사용의 주요 원인은 실제로 회로의 지속적인 켜기 및 끄기 전환 때문입니다. 클록 신호는 해당 스위칭을 구동합니다. 또한 단독으로 해당 전력 사용량의 적지 않은 양을 기여합니다.

문제는 CPU의 일부 하드웨어가 모든 CPU 주기에서 필요하지 않다는 것입니다. 예를 들어 대부분의 클록 사이클에서 개별 레지스터는 필요하지 않습니다. 따라서 클록 신호를 보내고 빠르게 켜고 끄는 것은 단순히 전력을 낭비하는 것일 뿐 이득이 없습니다. 클록 게이팅은 특정 클록 주기에 필요하지 않은 CPU 영역에 클록 신호가 도달하지 못하도록 방지하는 기술입니다.

클록 게이팅을 위한 하드웨어는 클록에서 게이트 오프하려는 각 기능 부분에 대한 클록 신호의 경로에 배치되어야 합니다. 여러 비트의 기능이 항상 독점적으로 함께 필요한 경우 동일한 클록 게이트 뒤에 배치할 수 있습니다. 게이트 뒤의 클록 신호를 비활성화하면 전력 사용의 주요 원인을 제거할 수 있습니다. 이는 전력 소비를 크게 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 배터리 구동 장치에 특히 중요합니다.

참고: 클럭 게이트 자체는 전력을 사용하므로 사용하는 것보다 더 많은 전력을 절약할 수 있는 곳에서만 사용되도록 하는 것이 중요합니다.

절대 속도 제한

빠른 클럭을 동기화하는 것이 더 어려워진다고 이전에 언급했습니다. 불행히도 그것은 기본 물리학이 부과하는 어렵고 빠른 규칙입니다. 모든 것이 이동할 수 있는 가장 빠른 속도는 진공 상태의 빛의 속도입니다. 초당 약 3억 미터(또는 시속 6억 7060만 마일)로 정말 빠릅니다. 정말 빠른 또 다른 것은 최신 CPU의 클럭 속도입니다. 5.7GHz 또는 초당 57억 틱은 175피코초 또는 0.175나노초마다 1클럭 틱으로 해석됩니다. 함께 모으면 단일 클럭 틱의 시간 프레임에서 빛이 얼마나 멀리 이동할 수 있는지 계산할 수 있습니다. 55mm 또는 2.1인치입니다.

이제 컴퓨터는 광자에서 실행되지 않습니다. 적어도 아직 광자가 발전하는 분야는 아닙니다. 컴퓨터는 느리게 움직이는 전자로 작동합니다. 또한 전자가 이동하는 단일 직선이 없으며 방해가 되는 많은 전자 부품이 있습니다. 이들 각각은 신호 전파를 지연시킵니다. 이를 위해 클록 신호는 실제로 전체에서 적절하게 동기화되기 위해 여러 다른 지점에서 CPU에 도입되어야 합니다.

언급한 바와 같이 간섭 전자 장치는 클록 신호 전파 속도를 늦춥니다. 이는 클록 게이트의 경우에도 마찬가지입니다. 따라서 CPU 설계 중에 이를 고려하는 것이 중요합니다. 이것이 클록 신호의 전체 모양에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 정확히 이해하는 것도 중요합니다. 약간 지연된 리딩 에지는 적절하게 정렬된 하강 에지와 결합되어 클록 주기가 짧아지고 잠재적으로 기능이 불완전해질 수 있습니다.

결론

클록 게이트는 프로세서 설계에 사용되는 회로 부품입니다. 동기화 클록 신호가 하나 이상의 추가 구성 요소에 도달하는 것을 방지하거나 활성화합니다. 이것은 기본적으로 스위치 역할을 합니다. 주요 목적은 아무것도 하지 않아야 하는 회로를 켜고 끄는 데 전력을 소비하지 않음으로써 전력을 절약하는 것입니다. 또한 에너지가 열로 변환되는 것을 방지합니다. 이렇게 하면 사용 중인 프로세서의 다른 구성 요소에 더 많은 열 및 전력 예산이 남습니다. 또는 전원 및 냉각 시스템의 전체 시스템 부하를 줄입니다. 시스템 설계는 모든 구성 요소, 심지어 스위치가 시간이 촉박한 클록 신호에 배치하는 지연을 고려해야 합니다. 게이트가 열릴 때 클록 신호가 이미 높으면 게이트를 열 때 단축된 클록 신호가 전송되지 않도록 주의해야 합니다.